Für die Halbleiterherstellung werden einige organische und anorganische Substanzen benötigt. Da der Prozess stets in einem Reinraum mit menschlicher Beteiligung durchgeführt wird,Waffelnsind zwangsläufig durch verschiedene Verunreinigungen verunreinigt.
Je nach Quelle und Art der Schadstoffe können diese grob in vier Kategorien unterteilt werden: Partikel, organische Stoffe, Metallionen und Oxide.
1. Partikel:
Bei den Partikeln handelt es sich hauptsächlich um bestimmte Polymere, Fotolacke und Ätzverunreinigungen.
Solche Verunreinigungen werden normalerweise aufgrund intermolekularer Kräfte an der Oberfläche des Wafers adsorbiert und beeinträchtigen die Bildung geometrischer Figuren und die elektrischen Parameter des Photolithografieprozesses des Geräts.
Solche Verunreinigungen werden hauptsächlich dadurch entfernt, dass ihre Kontaktfläche mit der Oberfläche desWaferdurch physikalische oder chemische Methoden.
2. Organische Stoffe:
Die Quellen organischer Verunreinigungen sind relativ vielfältig und umfassen beispielsweise menschliches Hautfett, Bakterien, Maschinenöl, Vakuumfett, Fotolack, Reinigungslösungen usw.
Solche Verunreinigungen bilden normalerweise einen organischen Film auf der Oberfläche des Wafers und verhindern, dass die Reinigungsflüssigkeit die Oberfläche des Wafers erreicht, was zu einer unvollständigen Reinigung der Waferoberfläche führt.
Die Entfernung solcher Verunreinigungen erfolgt häufig im ersten Schritt des Reinigungsprozesses, hauptsächlich mithilfe chemischer Methoden wie Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid.
3. Metallionen:
Zu den üblichen Metallverunreinigungen zählen Eisen, Kupfer, Aluminium, Chrom, Gusseisen, Titan, Natrium, Kalium, Lithium usw. Die Hauptquellen sind verschiedene Utensilien, Rohre, chemische Reagenzien und Metallverschmutzung, die bei der Bildung von Metallverbindungen während der Verarbeitung entsteht.
Diese Art von Verunreinigungen wird häufig durch chemische Methoden und die Bildung von Metallionenkomplexen entfernt.
4. Oxid:
Wenn HalbleiterWaffelnWerden Halbleiter einer Umgebung mit Sauerstoff und Wasser ausgesetzt, bildet sich auf der Oberfläche eine natürliche Oxidschicht. Diese Oxidschicht behindert viele Prozesse in der Halbleiterherstellung und enthält zudem bestimmte Metallverunreinigungen. Unter bestimmten Bedingungen entstehen dadurch elektrische Defekte.
Die Entfernung dieses Oxidfilms wird häufig durch Einweichen in verdünnter Flusssäure abgeschlossen.
Allgemeine Reinigungssequenz
Auf der Oberfläche von Halbleitern adsorbierte VerunreinigungenWaffelnkönnen in drei Typen unterteilt werden: molekular, ionisch und atomar.
Die Adsorptionskraft molekularer Verunreinigungen an der Waferoberfläche ist schwach, sodass diese Art von Verunreinigungspartikeln relativ leicht zu entfernen ist. Es handelt sich meist um ölige Verunreinigungen mit hydrophoben Eigenschaften, die ionische und atomare Verunreinigungen, die die Oberfläche von Halbleiterwafern verunreinigen, maskieren können, was der Entfernung dieser beiden Arten von Verunreinigungen nicht förderlich ist. Daher sollten bei der chemischen Reinigung von Halbleiterwafern zunächst molekulare Verunreinigungen entfernt werden.
Daher ist das allgemeine Verfahren der HalbleiterWaferReinigungsprozess ist:
Demolekularisierung-Deionisierung-Deatomisierung-Spülung mit deionisiertem Wasser.
Um die natürliche Oxidschicht auf der Waferoberfläche zu entfernen, ist zusätzlich ein Einweichschritt mit verdünnter Aminosäure erforderlich. Ziel der Reinigung ist es daher, zunächst organische Verunreinigungen auf der Oberfläche zu entfernen, dann die Oxidschicht aufzulösen, schließlich Partikel und Metallverunreinigungen zu entfernen und gleichzeitig die Oberfläche zu passivieren.
Gängige Reinigungsmethoden
Zur Reinigung von Halbleiterwafern werden häufig chemische Methoden eingesetzt.
Unter chemischer Reinigung versteht man den Prozess, bei dem verschiedene chemische Reagenzien und organische Lösungsmittel verwendet werden, um Verunreinigungen und Ölflecken auf der Oberfläche des Wafers zu reagieren oder aufzulösen, um die Verunreinigungen zu desorbieren, und anschließend mit einer großen Menge hochreinem heißen und kalten deionisierten Wassers zu spülen, um eine saubere Oberfläche zu erhalten.
Die chemische Reinigung kann in nasschemische Reinigung und trockenchemische Reinigung unterteilt werden, wobei die nasschemische Reinigung immer noch dominiert.
Nasschemische Reinigung
1. Nasschemische Reinigung:
Zur nasschemischen Reinigung gehören hauptsächlich das Eintauchen in Lösungen, mechanisches Schrubben, Ultraschallreinigung, Megaschallreinigung, Rotationssprühen usw.
2. Eintauchen in die Lösung:
Lösungsimmersion ist eine Methode zur Entfernung von Oberflächenverunreinigungen durch Eintauchen des Wafers in eine chemische Lösung. Sie ist die am häufigsten verwendete Methode in der nasschemischen Reinigung. Verschiedene Lösungen können verwendet werden, um unterschiedliche Arten von Verunreinigungen auf der Waferoberfläche zu entfernen.
Da sich mit dieser Methode Verunreinigungen auf der Waferoberfläche in der Regel nicht vollständig entfernen lassen, werden beim Eintauchen häufig physikalische Maßnahmen wie Erhitzen, Ultraschall und Rühren eingesetzt.
3. Mechanisches Schrubben:
Mechanisches Schrubben wird häufig verwendet, um Partikel oder organische Rückstände auf der Waferoberfläche zu entfernen. Es kann im Allgemeinen in zwei Methoden unterteilt werden:manuelles Schrubben und Schrubben mit einem Wischer.
Manuelles Schrubbenist die einfachste Schrubbmethode. Eine Edelstahlbürste hält eine in wasserfreiem Ethanol oder anderen organischen Lösungsmitteln getränkte Kugel und reibt die Oberfläche des Wafers sanft in die gleiche Richtung, um Wachsfilm, Staub, Klebereste oder andere feste Partikel zu entfernen. Diese Methode kann leicht Kratzer und schwere Verschmutzungen verursachen.
Der Wischer reibt die Waferoberfläche mithilfe einer weichen Wollbürste oder einer Mischbürste durch mechanische Rotation ab. Diese Methode reduziert Kratzer auf dem Wafer erheblich. Der Hochdruckwischer verkratzt den Wafer aufgrund der fehlenden mechanischen Reibung nicht und kann Verunreinigungen in der Nut entfernen.
4. Ultraschallreinigung:
Die Ultraschallreinigung ist ein in der Halbleiterindustrie weit verbreitetes Reinigungsverfahren. Ihre Vorteile liegen in der guten Reinigungswirkung und der einfachen Bedienung. Auch komplexe Geräte und Behälter lassen sich damit reinigen.
Bei dieser Reinigungsmethode werden starke Ultraschallwellen eingesetzt (die üblicherweise verwendete Ultraschallfrequenz beträgt 20–40 kHz). Im flüssigen Medium entstehen dünne und dichte Bereiche. Diese dünnen Bereiche bilden eine nahezu vakuumartige Hohlraumblase. Verschwindet die Hohlraumblase, entsteht in ihrer Nähe ein starker lokaler Druck, der die chemischen Bindungen in den Molekülen aufbricht und die Verunreinigungen auf der Waferoberfläche auflöst. Ultraschallreinigung ist am effektivsten zum Entfernen unlöslicher oder unlöslicher Flussmittelrückstände.
5. Megaschallreinigung:
Die Megasonic-Reinigung bietet nicht nur die Vorteile der Ultraschallreinigung, sondern überwindet auch deren Nachteile.
Megaschallreinigung ist eine Methode zur Waferreinigung, die hochenergetische (850 kHz) Schwingungseffekte mit chemischen Reinigungsmitteln kombiniert. Während der Reinigung werden die Lösungsmoleküle durch die Megaschallwelle beschleunigt (die maximale Momentangeschwindigkeit kann 30 cmVs erreichen), und die Hochgeschwindigkeitswelle trifft kontinuierlich auf die Waferoberfläche. Dadurch werden anhaftende Schadstoffe und Feinpartikel gelöst und gelangen in die Reinigungslösung. Durch Zugabe saurer Tenside zur Reinigungslösung können einerseits Partikel und organische Stoffe von der Polieroberfläche durch Adsorption der Tenside entfernt werden; andererseits können durch die Kombination von Tensiden und einer sauren Umgebung Metallverunreinigungen von der Oberfläche der Polierscheibe entfernt werden. Diese Methode kann sowohl mechanisches Wischen als auch chemische Reinigung ermöglichen.
Mittlerweile ist die Megaschall-Reinigungsmethode eine wirksame Methode zur Reinigung von Polierblättern.
6. Rotationssprühverfahren:
Bei der Rotationssprühmethode handelt es sich um eine Methode, bei der der Wafer mithilfe mechanischer Methoden mit hoher Geschwindigkeit rotiert und während des Rotationsvorgangs kontinuierlich Flüssigkeit (hochreines deionisiertes Wasser oder eine andere Reinigungsflüssigkeit) auf die Oberfläche des Wafers gesprüht wird, um Verunreinigungen auf der Oberfläche des Wafers zu entfernen.
Bei dieser Methode werden die Verunreinigungen auf der Oberfläche des Wafers in der aufgesprühten Flüssigkeit aufgelöst (oder es erfolgt eine chemische Reaktion mit dieser, um sie aufzulösen) und der Zentrifugaleffekt der Hochgeschwindigkeitsrotation wird genutzt, um die verunreinigte Flüssigkeit rechtzeitig von der Oberfläche des Wafers zu trennen.
Das Rotationssprühverfahren bietet die Vorteile der chemischen Reinigung, der strömungsmechanischen Reinigung und der Hochdruckreinigung. Gleichzeitig kann dieses Verfahren mit dem Trocknungsprozess kombiniert werden. Nach einer Reinigungsphase mit deionisiertem Wasser wird der Wasserstrahl gestoppt und ein Sprühgas eingesetzt. Gleichzeitig kann die Rotationsgeschwindigkeit erhöht werden, um die Zentrifugalkraft zu erhöhen und die Waferoberfläche schnell zu entwässern.
7.Trockenchemische Reinigung
Unter Trockenreinigung versteht man eine Reinigungstechnologie, bei der keine Lösungen verwendet werden.
Zu den derzeit verwendeten Trockenreinigungstechnologien gehören: Plasmareinigungstechnologie, Gasphasenreinigungstechnologie, Strahlreinigungstechnologie usw.
Die Vorteile der Trockenreinigung liegen in der Einfachheit des Vorgangs und der Vermeidung von Umweltverschmutzung, allerdings sind die Kosten hoch und der Anwendungsbereich derzeit noch nicht groß.
1. Plasmareinigungstechnologie:
Plasmareinigung wird häufig bei der Entfernung von Fotolack eingesetzt. Dabei wird dem Plasmareaktionssystem eine geringe Menge Sauerstoff zugeführt. Unter Einwirkung eines starken elektrischen Felds erzeugt der Sauerstoff Plasma, das den Fotolack schnell oxidiert und in ein flüchtiges Gas überführt.
Diese Reinigungstechnologie bietet die Vorteile einer einfachen Bedienung, hohen Effizienz, sauberen Oberfläche und Kratzerfreiheit und trägt zur Sicherstellung der Produktqualität im Entschleimungsprozess bei. Darüber hinaus werden keine Säuren, Laugen oder organischen Lösungsmittel verwendet, und es entstehen keine Probleme wie Abfallentsorgung und Umweltverschmutzung. Daher wird sie zunehmend geschätzt. Kohlenstoff und andere nichtflüchtige Metall- oder Metalloxidverunreinigungen können jedoch nicht entfernt werden.
2. Gasphasenreinigungstechnologie:
Unter Gasphasenreinigung versteht man eine Reinigungsmethode, bei der das Gasphasenäquivalent der entsprechenden Substanz im Flüssigkeitsprozess verwendet wird, um mit der kontaminierten Substanz auf der Oberfläche des Wafers zu interagieren und so das Ziel der Entfernung von Verunreinigungen zu erreichen.
Beispielsweise wird beim CMOS-Prozess die Wechselwirkung zwischen gasförmiger HF und Wasserdampf zur Entfernung von Oxiden bei der Waferreinigung genutzt. Normalerweise muss der wasserhaltige HF-Prozess von einem anschließenden Partikelentfernungsprozess begleitet werden, während bei der gasförmigen HF-Reinigungstechnologie kein anschließender Partikelentfernungsprozess erforderlich ist.
Die wichtigsten Vorteile im Vergleich zum wässrigen HF-Verfahren sind der wesentlich geringere Verbrauch an HF-Chemikalien und die höhere Reinigungseffizienz.
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Veröffentlichungszeit: 13. August 2024